Onderzoek toont aan dat cholesterol de exosoom-gemedieerde RNA-medicijnafgifte verbetert

RNA-interferentie (RNAi)-technologie is geleidelijk een geavanceerde technologie geworden voor de behandeling van ziekten zoals genetische aandoeningen en kanker vanwege het enorme potentieel in genexpressieregulatie. De efficiënte levering en veiligheid van short interfering RNA (siRNA) blijven echter belangrijke uitdagingen voor de klinische toepassing ervan.

Exosomen, als natuurlijke nanoschaal extracellulaire vesikels, zijn geleidelijk een onderzoeks-hotspot geworden voor het optimaliseren van siRNA-afgifte vanwege hun uitstekende biocompatibiliteit, stabiliteit, langdurige in vivo circulatietijd en nauwkeurige weefseltargeting. Traditionele exosoomafgifte is echter voornamelijk afhankelijk van endocytose, wat leidt tot snelle afbraak van RNA-moleculen in lysosomen, waardoor de efficiëntie van de afgifte wordt beperkt.

In een studie gepubliceerd in Natuur Nanotechnologieeen onderzoeksteam onder leiding van Gan Yong en Yu Miaorong van het Shanghai Institute of Materia Medica van de Chinese Academie van Wetenschappen, in samenwerking met de groep van Hu Guoqing van de Universiteit van Zhejiang, waarbij theoretische modellen werden gecombineerd met experimentele studies, onthulde de sleutelrol van cholesterol bij het reguleren van de afgifte van RNA-geneesmiddelen door exosomen en het onderliggende mechanisme.

Met behulp van een controleerbare membraanengineeringstrategie bereidden onderzoekers exosomen met verschillende cholesterolgehaltes, zoals melk-exosomen, gember-exosomen en tumorcel-afgeleide exosomen. Met behulp van technologieën zoals transmissie-elektronenmicroscopie karakteriseerden ze het cellulaire opnamegedrag van deze exosomen uitgebreid.

Uit de resultaten bleek dat een hoger cholesterolgehalte in het exosoommembraan de interactie met het doelcelmembraan aanzienlijk verbeterde, waardoor de exosomen de cel konden binnendringen via membraanfusie in plaats van endocytose. Zo werd de beperking van lysosomale afbraak omzeild.

Uit moleculaire modellen bleek ook dat cholesterolrijke exosomen een sterkere membraanvervormbaarheid vertoonden en hun contactoppervlak met het celmembraan konden vergroten, waardoor siRNA met hoge efficiëntie rechtstreeks naar het cytoplasma kon worden getransporteerd via een membraanfusiemechanisme.

In het in vitro experiment leverden melk-exosomen verrijkt met 30% cholesterol (30%Chol/MEs) succesvol PLK1 siRNA, verlaagden de PLK1 mRNA en proteïne-expressieniveaus aanzienlijk en induceerden apoptose van tumorcellen. Het effect was aanzienlijk beter dan dat van de traditionele transfectiemiddelen Lipo 2000 en RNAiMAX.

Het in vivo-experiment bevestigde verder dat 30% Chol/MEs/siPLK1 de tumorgroei in het muizenmodel voor colorectale tumoren effectief kon remmen via zowel orale als intraveneuze injectie. Dit geeft aan dat deze speciale exosomen een groot potentieel hebben als gentherapievectoren.

Samenvattend biedt de succesvolle modulatie van het cholesterolgehalte in exosoommembranen om membraanfusie-gemedieerde vrachtoverdracht te bevorderen interessante mogelijkheden voor de ontwikkeling van veiligere en efficiëntere gentherapiestrategieën.